Govert Schilling
Deze week zal de Amerikaanse National Science Foundation de eerste foto presenteren die gemaakt is met de Daniel K. Inouye Solar Telescope, de grootste en krachtigste zonnetelescoop ooit. De telescoop, die spatscherpe beelden van het zonsoppervlak moet gaan maken, is de afgelopen jaren verrezen op de 3067 meter hoge vulkaantop HaleakalÄ op het Hawai‘iaanse eiland Maui. De bouwkosten bedroegen $ 344 miljoen; de geplande levensduur is minstens 40 jaar.
De ruim 40 meter hoge behuizing van de telescoop is aan de buitenzijde bedekt met actief gekoelde panelen, zodat ze de omgevingstemperatuur behouden. Op die manier worden storende luchttrillingen voorkomen. In de meedraaiende ‘koepel’ bevindt zich een ruim 4 m grote opening. Die laat net voldoende zonlicht naar binnen om de hoofdspiegel te ‘belichten’. De rest van het koepelinterieur bevindt zich dus altijd in de schaduw, wat onnodige opwarming tegengaat.
De Inouey-telescoop (genoemd naar een voormalig senator van Hawai‘i) heeft een ongebruikelijk off axis-ontwerp: de secundaire spiegel, die het opgevangen en gefocusseerde zonlicht doorstuurt richting camera’s en meetinstrumenten, is niet centraal boven de hoofdspiegel bevestigd, maar aan de zijkant. Daardoor bevinden er zich geen telescooponderdelen in de lichtweg, en vindt er minder hinderlijke lichtverstrooiing plaats.
De gigantische draagconstructie van de nieuwe zonnetelescoop, gebouwd door Ingersoll Machine Tools in Illinois, is in staat om het instrument met een precisie van slechts enkele boogseconden gericht te houden op een bepaald punt op het zonsoppervlak, of in de corona – de extreem hete en ijle dampkring van de zon.
De parabolische hoofdspiegel van de Inouey-telescoop, met een diameter van 4 m en een gewicht van 3,6 ton, is gemaakt door Schott AG in Duitsland. Hij bestaat uit 7,5 cm dik zerodur (een keramisch materiaal met een verwaarloosbare uitzettingscoëfficiënt). Het spiegeloppervlak is door het Mirror Lab van de Universiteit van Arizona geslepen en gepolijst met een oppervlaktenauwkeurigheid van minder dan 2 nanometer. Op HaleakalÄ (letterllijk ‘huis van de zon’) is de spiegel vervolgens voorzien van een 70 nm dun laagje reflecterend aluminium.
Een actief ondersteuningsmechanisme voorkomt doorbuiging en vervorming van de relatief dunne spiegel onder invloed van zwaartekracht en temperatuurvariaties. Bovendien zit verderop in de lichtweg een kleinere, flexibele spiegel met 1600 computergestuurde actuatoren. Die corrigeren 2000 maal per seconde voor storende atmosferische trillingen. Nooit eerder is deze technologie (adaptieve optiek geheten) toegepast in een zonnetelescoop. Dankzij de adaptieve optiek kan de Inoueye-telescoop details op het zonsoppervlak waarnemen met afmetingen van slechts 20 kilometer – een record.
De hoofdspiegel creëert in het brandpunt van de telescoop een beeld van de zon met een diameter van 7,5 cm. Het grootste deel van het gebundelde licht wordt op enige afstand vóór het brandpunt echter tegengehouden door een zogeheten heat stop, die 95% van de opvallende hitte (13 kW) absorbeert. Via een opening van 12,2 mm wordt slechts licht doorgelaten dat afkomstig is van een gebiedje op de zon met een schijnbare middellijn van 5 boogminuten (ca. 230.000 km).
Voor het koelen van de hoofdspiegel, de heat stop, de secundaire spiegel, de koepel en tal van andere onderdelen is de telescoop uitgerust met in totaal 10 km koelvloeistofleidingen. Daarnaast worden sommige onderdelen gekoeld met behulp van luchtstromingen.
Onder de zonnetelescoop is een cirkelvormige clean room met een diameter van 16,5 m. In feite is dit een gigantisch optisch laboratorium, waarin het opgevangen zonlicht met behulp van spiegels en bundelsplitsers wordt verdeeld over de vijf camera’s en spectrografen van de zonnetelescoop. Het hele laboratorium draait rond, om de beeldrotatie van de zon (als gevolg van de draaiing van de aarde) tegen te gaan.
De Inoueye-telescoop doet waarnemingen in het golflengtegebied van 380 nm (violet) tot 28 micrometer (infrarood). Door ook de polarisatie van het zonlicht te bestuderen, wordt informatie verkregen over magnetische velden, die verantwoordelijk zijn voor o.a. zonnevlekken en uitbarstingen. Op een gemiddelde dag verzamelt de nieuwe telescoop 10 TB aan meetgegevens, die geanalyseerd en verwerkt worden in een datacentrum in Boulder, Colorado.
